Coloración del vidrio y marcado de color

La aparición de diferentes colores en el vidrio se debe en gran medida a la forma en que la luz interactúa con los materiales que contiene. En un vidrio extremadamente puro, sin impurezas como burbujas, iones colorantes o fases cristalinas y nanométricas, toda la luz visible lo atravesaría y el vidrio parecería completamente transparente . Cuando dichas impurezas están presentes, absorben selectivamente ciertas longitudes de onda de luz, lo que da como resultado un vidrio coloreado. ^{[ 1 ]}

La coloración y el marcado del vidrio se pueden obtener de varias maneras.

1. mediante la adición de iones colorantes , ^{[ 2 ] [ 3 ]}
2. por precipitación de coloides de tamaño nanométrico (los llamados vidrios llamativos ^{[ 2 ]} como el "rubí de oro" ^{[ 4 ]} o el "rubí de selenio" rojo), ^{[ 3 ]}

   

3. por inclusiones de color (como en el vidrio opalino y el vidrio ahumado )
4. por dispersión de la luz (como en el vidrio con separación de fases ) ^{[ 3 ]}
5. mediante recubrimientos dicroicos (véase vidrio dicroico ), o
6. mediante recubrimientos de color

El vidrio de sílice-soda común parece incoloro a simple vista cuando es delgado, aunque las impurezas de óxido de hierro producen un tinte verdoso que se puede apreciar en piezas gruesas o con la ayuda de instrumentos científicos. Durante su fabricación, se pueden añadir metales y óxidos metálicos al vidrio para modificar su color y mejorar su atractivo estético. A continuación se enumeran algunos ejemplos de estos aditivos:

• Se puede añadir óxido de hierro(II) al vidrio, obteniendo un vidrio de color verde azulado que se usa frecuentemente en botellas de cerveza. Junto con el cromo, proporciona un color verde más intenso, utilizado para botellas de vino .
• El azufre , junto con el carbono y las sales de hierro, se utiliza para formar polisulfuros de hierro y producir vidrio ámbar que varía de amarillento a casi negro. En los vidrios de borosilicato ricos en boro, el azufre les confiere un color azul. Con el calcio, produce un color amarillo intenso. ^{[ 5 ]}
• El manganeso se puede añadir en pequeñas cantidades para eliminar el tinte verdoso que produce el hierro, o en concentraciones más altas para darle al vidrio un color amatista . El manganeso es uno de los aditivos más antiguos para el vidrio, y el vidrio púrpura con manganeso se utilizaba desde los inicios del antiguo Egipto.
• El dióxido de manganeso , de color negro , se utiliza para eliminar el color verde del vidrio; en un proceso muy lento, este se convierte en permanganato de sodio , un compuesto de color púrpura oscuro . En Nueva Inglaterra, algunas casas construidas hace más de 300 años tienen cristales con un ligero tinte violeta debido a este cambio químico, y estos vidrios son muy apreciados como antigüedades. Este proceso se confunde a menudo con la formación del «vidrio amatista del desierto», en el que el vidrio expuesto a la luz solar del desierto con un alto componente ultravioleta desarrolla un delicado tinte violeta. Los detalles del proceso y la composición del vidrio varían, al igual que los resultados, ya que no es sencillo obtener o producir muestras controladas adecuadamente. ^{[ 6 ]}
• Pequeñas concentraciones de cobalto (0,025 a 0,1%) producen vidrio azul . Los mejores resultados se obtienen con vidrio que contiene potasa . Se pueden usar cantidades muy pequeñas para decolorar.
• Entre un 2 y un 3% de óxido de cobre produce un color turquesa .
• El níquel , según su concentración, produce vidrio azul, violeta o incluso negro . El cristal de plomo con níquel añadido adquiere un color violáceo. El níquel, junto con una pequeña cantidad de cobalto, se utilizaba para decolorar el vidrio de plomo .
• El cromo es un agente colorante muy potente, que produce un color verde oscuro ^{[ 7 ]} o, en concentraciones más altas, incluso negro. Junto con el óxido de estaño y el arsénico, produce vidrio verde esmeralda . La aventurina de cromo , en la que la aventurescencia se logra mediante el crecimiento de grandes placas paralelas de óxido de cromo(III) durante el enfriamiento, se fabrica a partir de vidrio con óxido de cromo añadido en una cantidad superior a su límite de solubilidad en el vidrio.
• El cadmio, junto con el azufre, forma sulfuro de cadmio y produce un color amarillo intenso, frecuentemente utilizado en esmaltes. Sin embargo, el cadmio es tóxico. Junto con el selenio y el azufre, produce tonalidades de rojo brillante y naranja. ^{[ 8 ]}
• La adición de titanio produce un vidrio de color marrón amarillento . El titanio, que rara vez se usa solo, se emplea con mayor frecuencia para intensificar y dar brillo a otros aditivos colorantes.
• Se puede añadir uranio (0,1 a 2 %) para dar al vidrio un color amarillo o verde fluorescente. ^{[ 9 ]} El vidrio de uranio generalmente no es lo suficientemente radiactivo como para ser peligroso, pero si se muele hasta convertirlo en polvo, por ejemplo, al pulirlo con papel de lija, y se inhala, puede ser cancerígeno . Cuando se usa con vidrio de plomo con una proporción muy alta de plomo, produce un color rojo intenso.
• Didymium da color verde (utilizado en filtros UV) o rojo lila. ^{[ 8 ]}

• El selenio , al igual que el manganeso, puede utilizarse en bajas concentraciones para decolorar el vidrio, o en concentraciones más altas para impartirle un color rojizo , debido a la dispersión de nanopartículas de selenio en el vidrio. Es un agente muy importante para la fabricación de vidrio rosa y rojo. Cuando se utiliza junto con sulfuro de cadmio , ^{[ 10 ]} produce un color rojo brillante conocido como "rubí de selenio".
• El cobre metálico puro produce un vidrio opaco de color rojo muy oscuro, que a veces se utiliza como sustituto del oro en la producción de vidrio de color rubí .
• El oro metálico , en concentraciones muy bajas (alrededor del 0,001% o 10 ppm), produce un vidrio de un intenso color rubí ("Ruby Gold" o "Rubino Oro"), mientras que concentraciones más bajas producen un rojo menos intenso, a menudo comercializado como " cranberry ". El color se debe al tamaño y la dispersión de las partículas de oro. El vidrio rubí dorado generalmente se fabrica con vidrio de plomo con estaño añadido .
• Los compuestos de plata, como el nitrato de plata y los haluros de plata, pueden producir una gama de colores que va del naranja rojizo al amarillo. La forma en que se calienta y enfría el vidrio puede afectar significativamente los colores que producen estos compuestos. Además, las lentes fotocromáticas y el vidrio fotosensible se basan en la plata.
• El púrpura de Casio es un pigmento púrpura que se forma por la reacción de sales de oro con cloruro de estaño(II).

Los principales métodos para lograrlo son el vidrio esmaltado , una técnica que consiste en pintar patrones o imágenes, utilizada tanto en recipientes de vidrio como en vidrieras; la pintura para vidrio, generalmente negra; y el tinte plateado, que aporta tonalidades amarillas y naranjas a las vidrieras. Todos estos materiales se cuecen en un horno para fijarlos y, si se aplican correctamente, pueden ser extremadamente duraderos. Esto no ocurre con el vidrio pintado en frío, que utiliza pintura al óleo u otras mezclas, y que rara vez dura más de unos pocos siglos.

El óxido de estaño, junto con los óxidos de antimonio y arsénico , produce un vidrio blanco opaco ( vidrio lechoso ), utilizado inicialmente en Venecia para imitar la porcelana , que a menudo se pintaba con esmaltes . Del mismo modo, algunos vidrios ahumados pueden basarse en inclusiones de color oscuro, pero mediante la coloración iónica también es posible obtener colores oscuros (véase más arriba).

El vidrio que contiene dos o más fases con diferentes índices de refracción muestra coloración según el efecto Tyndall , explicado por la teoría de Mie , si las dimensiones de las fases son similares o mayores que la longitud de onda de la luz visible . La luz dispersada es azul y violeta, como se observa en la imagen, mientras que la luz transmitida es amarilla y roja.

El vidrio dicroico posee uno o varios recubrimientos en el rango nanométrico (por ejemplo, metales, óxidos metálicos o nitruros) que le confieren propiedades ópticas dicroicas . Asimismo, el color azulado de algunos parabrisas de automóviles se debe al dicroísmo.

• Teoría del campo cristalino : explicación física y coloración.
• Color de las vidrieras medievales
• Oscurecimiento por hidrógeno
• Absorción de iones hidroxilo
• Materiales transparentes